脫硫塔處理尾氣工藝技術(shù)

摘要：針對(duì)遼河油田某蒸汽驅(qū)油藏尾氣處理存在的問題，通過調(diào)研和研究，開展了一種新的脫硫方式，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后見到好的效果。

關(guān)鍵詞：蒸汽驅(qū);尾氣;硫化氫;脫硫

前言

蒸汽驅(qū)是在一定的井網(wǎng)條件下，通過注入蒸汽將地下原油加熱，并驅(qū)到周圍生產(chǎn)井后產(chǎn)出。由于石油的特殊組分及油層加熱后溫度影響，采出的氣體（尾氣）由水蒸汽、二氧化碳、甲烷、硫化氫和其他少量氣體組成，其中硫化氫為有毒氣體，XX 塊在吞吐開發(fā)階段就有少量的硫化氫產(chǎn)生，但產(chǎn)出量相對(duì)較少。轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)后，隨著蒸汽的不斷注入及汽驅(qū)產(chǎn)量的不斷增加，硫化氫的產(chǎn)出逐漸增多，為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)帶來一定的危害。因此，建立一套稠油尾氣回收利用工藝技術(shù)，使尾氣變廢為寶，對(duì)于稠油蒸汽驅(qū)的生產(chǎn)具有重要的意義。

1 硫化氫分布現(xiàn)狀

XX塊蒸汽驅(qū)油井內(nèi)的平均硫化氫濃度已經(jīng)由轉(zhuǎn)驅(qū)前的89mg/m3上升到目前的796 mg/ m3，上升了近8 倍。并且部分油井硫化氫濃度已經(jīng)達(dá)到1500 mg/ m3。目前硫化氫濃度較高的油井主要集中在XX塊的主題部位[1]。隨著油井硫化氫含量的升高，生產(chǎn)系統(tǒng)的尾氣危害也隨之增大。

2.硫化氫的物理性質(zhì)及產(chǎn)生機(jī)理

硫化氫為一種無色透明，有臭雞蛋味的氣體，可溶于水，有毒，可燃，密度為1.52g/L。油井中產(chǎn)生硫化氫的主要原因：原油中硫醇、硫醚等有機(jī)硫化物在高溫下反應(yīng)生成硫化氫;地層中含硫礦物在高溫下反應(yīng)生成硫化氫;地層水中硫酸鹽還原菌在油層條件下將硫酸鹽還原成硫化氫。蒸汽驅(qū)是稠油熱采的一種主要手段。在高溫蒸汽作用下，油藏中的硫化物極易發(fā)生化合作用生成硫化氫，然后伴隨原油從井底流到地面，并從原油中釋放出來。XX 塊硫化氫的產(chǎn)生主要是高溫作用下原油中有機(jī)硫化物在高溫下反應(yīng)生產(chǎn)硫化氫。

3早期尾氣處理措施

3.1 回收燃燒

利用硫化氫的可燃性，采取套管氣回收燃燒的辦法去除硫化氫。具體方法是：在井口水套爐制作兩個(gè)火嘴，一是外來氣火嘴，二是本井套管氣火嘴。當(dāng)兩火嘴同時(shí)燃燒時(shí)，由于二氧化碳含量過高（達(dá)到80%左右），套管氣火嘴易將外來氣火嘴吹滅，造成無法同時(shí)燃燒。同時(shí)，燃燒后的硫磺滯留在加熱爐內(nèi)，需定期清理。

3.2 堿性溶液稀釋中和

利用硫化氫呈酸性且易溶于水的物理化學(xué)性質(zhì)，將尾氣排入高架罐，灌口連接管線，導(dǎo)入堿性溶液噴淋稀釋硫化氫氣體。這種方法可在一定程度上可中和硫化氫氣體，但處理不徹底，工作場(chǎng)所硫化氫氣味濃重，中和后液體進(jìn)入系統(tǒng)，需二次處理。

3.3 集中回收排放

由于硫化氫密度低于空氣密度，高空排放的結(jié)果是硫化氫在院里排放地點(diǎn)處回到地面，造成地面局部地區(qū)硫化氫含量增高，易發(fā)生中毒。

以上三種處理方式，都存在較大弊病，特別是對(duì)大氣環(huán)境污染較大。

4 脫硫塔處理尾氣工藝技術(shù)

根據(jù)尾氣中各成分氣體的物理和化學(xué)性質(zhì)不同[2]，通過處理工藝將各成分氣體分離和轉(zhuǎn)化，具體流程為：尾氣隨產(chǎn)出液一起進(jìn)入采油站，經(jīng)采油站分離器和空冷器處理后，脫去氣體中的水蒸氣進(jìn)入脫硫塔。經(jīng)過脫硫處理脫硫后進(jìn)入處理廠，分離出干冰和天然氣。脫硫塔內(nèi)藥回收處理提取硫磺。最終使蒸汽驅(qū)井伴生的具有污染性的尾氣變成了具有商業(yè)價(jià)值的硫磺、干冰和天然氣。

干法脫硫技術(shù)所使用的固體脫硫劑包括氧化鐵、泡沸石和分子篩等，其原理主要是脫硫劑中的堿性物質(zhì)（如氧化鐵）與H2S（酸性）反應(yīng)生成硫化物和水，從而脫出H2S。

化學(xué)反應(yīng)方程式：

2Fe（OH）3·XH2O+3H2S=Fe2S3·XH2O+6H2O（脫硫）

Fe2O3·XH2O+3H2S=Fe2S3·XH2O+3H2O（脫硫）

Fe2S3=2FeS+S（大部分分解）

XX塊共有23個(gè)基層站，根據(jù)油井及基層站分布以及各站產(chǎn)氣量的大小，建立了脫硫點(diǎn)8個(gè)，共計(jì)32個(gè)脫硫塔。處理后的氣體硫化氫含量均達(dá)到國(guó)家規(guī)定的小于10mg/m3。

對(duì)干法脫硫應(yīng)用情況進(jìn)行總結(jié)歸納，具有以下特點(diǎn)：

（1）干法脫硫技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、方便靈活、便于實(shí)施、一次性投資少的優(yōu)勢(shì)。

（2）脫硫精度高，能使脫硫后的天然氣中的硫化氫含量小于10mg/m3。

（3）干法脫硫技術(shù)便于操作，脫硫裝置只是固定的脫硫塔，無需增加額外的操作人員。

（4）成本低，XX塊處理天然氣脫硫成本不超過0.3元/m3。

（5）脫硫后藥品進(jìn)處理后，可重復(fù)使用。

5 脫硫藥劑投放量匹配

更換塔內(nèi)脫硫劑為每半年一次，脫硫劑在下次換藥前，其活性會(huì)不斷下降，這時(shí)脫硫塔在轉(zhuǎn)化硫化氫時(shí)，使后期處理尾氣能力下降，轉(zhuǎn)化率降低，通過實(shí)驗(yàn)制定合理配比脫硫劑的投入量。

實(shí)驗(yàn)機(jī)理為：過量的乙酸鋅溶液吸收氣樣中的硫化氫，生成硫化鋅沉淀（反應(yīng)式：H2S+Zn（Ac）2=ZnS+2HAc），然后加入碘溶液氧化生成的硫化鋅，剩余的碘用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定測(cè)量硫化氫的濃度[3]。

通過采用不同配比實(shí)驗(yàn)計(jì)算硫化氫轉(zhuǎn)化率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在藥劑量為63Kg/1000m3時(shí)，轉(zhuǎn)化率到達(dá)96%的峰值，藥劑量繼續(xù)加大，轉(zhuǎn)化率沒有明顯變化，因此，確定加藥量為62Kg/1000m3進(jìn)行最廣應(yīng)用。

6二氧化碳、天然氣和硫磺回收

利用二氧化碳和天然氣的臨界壓力不同，將除去硫化氫氣體經(jīng)過壓縮，可將二氧化碳轉(zhuǎn)化成干冰，預(yù)計(jì)年回收干冰3.87萬噸，天然氣收集后進(jìn)入系統(tǒng)。處理脫硫藥劑，將濾出的硫磺通過熔硫裝置提取純度較高的硫磺，可作為產(chǎn)品銷售。

7 結(jié)論

（1）該項(xiàng)工藝技術(shù)，有效的治理了蒸汽驅(qū)尾氣污染問題，對(duì)比以往的處理方法，工藝簡(jiǎn)單、方便靈活、便于實(shí)施，轉(zhuǎn)化率可達(dá)95%以上。

（2）通過處理廠對(duì)脫硫氣體的處理，可以將脫硫氣體分離出天然氣和干冰，脫硫后藥品可重復(fù)使用。

（3）優(yōu)化脫硫藥劑優(yōu)化配比，最終確定單塔脫硫劑合理投加量為處理1000m3氣加入62kg。

參考文獻(xiàn)：

[1] 付崇清.石油地質(zhì)與工程[J].2007（21）：39～41.

[2] 李孟濤，單文文，劉先貴，尚根華.超臨界二氧化碳混相驅(qū)油機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究 [J].石油學(xué)報(bào)，2006（3）：81～82.

[3] 張方禮，趙洪巖.遼河油田稠油注蒸汽開發(fā)技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007：99 ～100.

作者簡(jiǎn)介：

劉軍（1978.10—），男，工程師，2004年畢業(yè)于東北師范大學(xué)“公司管理”專業(yè)，2005年畢業(yè)于華東石油大學(xué)“石油工程”專業(yè)，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)和管理工作。